一种高强高导铜合金材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开的高强高导铜合金材料的重量百分比组成包括：0.3~0.8wt%的Cr，0.05~0.5wt%的Fe，0.05~0.3wt%的Ti，0.01~0.1wt%的Si，余量为Cu和不可避免的杂质。本发明专利技术通过Cr、Fe、Ti、Si等元素的合金化设计，并通过以双级时效为主的形变热处理工艺，制备高强高导铜合金。本发明专利技术通过控制合金显微组织中CrFe相、(Cr,Fe)

【技术实现步骤摘要】
一种高强高导铜合金材料及其制备方法和应用
本专利技术属于铜合金
，具体是一种高强高导铜合金材料及其制备方法和应用，该铜合金材料屈服强度高、导电性好，可应用于大规模集成电路引线框架以及折叠屏幕等产品。
技术介绍
随着近现代工业体系中消费电子、通讯基站等
的快速发展，设备微型化、轻量化以及对快速充电的需求已经成为各个领域的研究热点。而随着对终端产品性能需求的不断提高，对材料本身的要求也随之提高。例如发展迅速的大规模集成电路引线框架要求材料的屈服强度在600MPa以上，同时导电率达到60％IACS以上，才可以支持大规模集成电路的稳定工作。因此，高强度高导电的环境友好型铜合金材料得到了广泛关注。然而对于铜合金来说，强度与导电性是相互制约的两种性能，即随着合金强度的提高，导电性会相应降低；而随着导电性的提高，强度又会相应降低。例如C70250合金具有700MPa以上的屈服强度，但是其导电率仅有40％IACS左右，比较适用于对强度有较高要求的工况环境；C18080合金具有79％IACS的较高导电率，但是其屈服强度仅为550MPa左右，因此C18080更适用于对导电率要求较高的工况环境中。此外，在铜合金加工过程中需要进行焊接、封装等加工，因此要求铜合金兼具良好的强度及导电性的同时具有较好的抗高温软化性能。在传统的半导体封装件或电子部件中，对材料抗高温软化温度的要求一般为380℃，但是随着元件形状的复杂化，对半导体封装件、电子部件等的铜合金材料的焊接或引线接合工艺提出了更高的要求，因此，需要将材料的抗高温软化温度提高至更高的水平以满足现代材料发展的需求。为了应对快速发展的各个高新技术行业对高强高导铜合金材料的更高要求，也为了填补铜合金研究领域以及市场上的空白，开发一款兼具高强度、高导电性的铜合金材料成为了当前的一个迫切需求，鉴于此，本专利技术提出一种高强高导铜合金材料及其制备方法和应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种高强高导铜合金材料及其制备方法和应用。本专利技术铜合金材料可以应用于大规模集成电路引线框架以及折叠屏幕等产品，制成的带材的屈服强度为650MPa以上，导电率为65％IACS以上，并具有较好的抗高温软化性能。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高强高导铜合金材料，该铜合金材料的重量百分比组成包括：0.3～0.8wt％的Cr，0.05～0.5wt％的Fe，0.05～0.3wt％的Ti，0.01～0.1wt％的Si，余量为Cu和不可避免的杂质。本专利技术高强高导铜合金材料中添加的Cr元素，在Cu中的固溶度在1076℃时仅为0.7％，且随着温度的降低其固溶度迅速下降，因此可作为析出强化型合金化元素添加在铜合金中。Cu-Cr二元合金的强化主要依靠弥散分布的富Cr相，富Cr相尺寸一般在5～10nm之间。在从Cu基体析出过程中，首先形成G.P区，然后形成与基体呈共格关系的面心立方富Cr相，随着时效时间的延长，形成与基体呈非共格关系的体心立方富Cr相。由于富Cr相的析出，合金的导电率也由此得到提高，因此Cr元素对于铜合金的强化作用明显，同时又能兼顾铜合金导电性的要求，在本专利技术中作为主要的合金化元素。当Cr元素的含量低于0.3wt％时，所涉及铜合金会因为析出相量不足导致强度过低，而当Cr元素的含量高于0.8wt％时，会导致在基体中固溶的元素过多，致使合金的导电率过低，因此在本专利技术中Cr元素的含量设定在0.3～0.8wt％。Fe和Ti元素都可以以二元合金的形式存在于铜合金中。Fe元素会以Fe单质的形式作为强化相析出，也可以与P元素形成Fe2P相析出。而Ti元素会以Cu3Ti和Cu4Ti的形式并以调幅分解的形式在铜合金中形成，Cu-Ti二元合金作为Cu-Be合金的替代产品，具有非常高的强度，但是导电率较低；Fe和Ti元素能够形成Fe2Ti相，同时提高合金的拉伸力学性能和导电率，因此在本专利技术中Fe和Ti元素作为次主要合金化元素。本专利技术中，Fe元素的含量控制在0.05～0.5wt％之间。当Fe元素含量低于0.05wt％时，将会导致Cr单质强化相减少，进而降低合金的强度；而当Fe元素的含量高于0.5wt％时，会导致合金的导电率降低。本专利技术中，Ti元素的含量控制在0.05～0.3wt％之间。当Ti元素含量高于0.3wt％时，将会导致过量的Ti元素固溶在基体中，降低合金的导电率；当Ti元素含量低于0.05wt％时，对合金的强化效果不明显。此外，当Fe和Ti元素满足上述控制范围时，Fe、Ti元素也能够和Cr元素结合形成(Cr,Fe)2Ti相，既可以提高合金的强度，又能大幅提高合金的导电率以及抗高温软化性能。Si元素在铜合金中可以与Ni、Co和Cr等元素形成化合物并作为强化相析出。在本专利技术设计中，Cr元素以主要强化相析出，过量的Cr元素可以与Si元素形成Cr3Si相从基体中析出，进一步提高本专利技术合金的强度和导电率。本专利技术中，Si元素的含量控制在0.01～0.1wt％之间。当Si元素低于0.01wt％时，会导致无法与过量的Cr元素结合从基体中析出，进而降低Cr3Si相含量，既会降低导电率，又会降低合金强度；当Si元素的含量高于0.1wt％时，会导致Si元素过量，进而降低合金的导电率。作为优选，本专利技术铜合金材料的重量百分比组成中，Ti、Cr、Fe、Si的重量百分比含量满足：Ti<0.44(Cr+Fe)-5.55Si+0.1。在(Cr,Fe)2Ti相中，Ti含量与Cr和Fe含量之和的比值大约为0.44；在Cr3Si相中，Cr含量与Si含量的比值大约为5.5。因此，在理想情况下，Ti元素和Si元素全部形成金属间化合物从基体中析出，若要达到此效果，Ti、Cr、Fe、Si的重量百分比含量需要满足：Ti<0.44(Cr+Fe)-5.55Si+0.1，在此范围内，Ti元素能够大量析出，保证合金的导电率和屈服强度。Cr元素除了参与CrFe相、(Cr,Fe)2Ti相以及Cr3Si相析出以外，还能以单质的形式析出，进一步提高合金的强度。当所添加的Ti、Cr、Fe、Si元素的含量不满足上述要求时则无法获得理想的强度和导电率，同时也会对合金的折弯性能产生不利影响，因此本专利技术中控制Ti、Cr、Fe、Si的重量百分比含量满足：Ti<0.44(Cr+Fe)-5.55Si+0.1，以保证合金强度、导电率以及折弯性的平衡。通过电子显微镜对该铜合金材料的带材的横截面进行显微组织观察与分析发现，显微组织中存在尺寸大小分别为1～10μm的CrFe相，100～500nm的(Cr,Fe)2Ti和Cr3Si复合析出相，以及大量的1～10nm的球状Cr单质。其中，CrFe相的密度为3.0×105个/mm2以下，(Cr,Fe)2Ti和Cr3Si复合析出相的密度为1.0×106～5.0×106个/mm2，Cr单质的密度为3.75×108个/mm2以上。析出相颗粒尺寸的大小和数量反映了时效处理的效果。10nm以下的Cr单质析出相颗粒是本专利技术合金最主要的强化相，其密度为3.75×108个/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强高导铜合金材料，其特征在于，该铜合金材料的重量百分比组成包括：0.3～0.8wt％的Cr，0.05～0.5wt％的Fe，0.05～0.3wt％的Ti，0.01～0.1wt％的Si，余量为Cu和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强高导铜合金材料，其特征在于，该铜合金材料的重量百分比组成包括：0.3～0.8wt％的Cr，0.05～0.5wt％的Fe，0.05～0.3wt％的Ti，0.01～0.1wt％的Si，余量为Cu和不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的一种高强高导铜合金材料，其特征在于，该铜合金材料的重量百分比组成中，Ti、Cr、Fe、Si的重量百分比含量满足：Ti<0.44(Cr+Fe)-5.55Si+0.1。


3.根据权利要求1所述的一种高强高导铜合金材料，其特征在于，电子显微镜下的该铜合金材料的带材的横截面的显微组织中，CrFe相的尺寸为1～10μm，密度为3.0×105个/mm2以下；(Cr,Fe)2Ti和Cr3Si复合析出相的尺寸为100～500nm，密度为1.0×106～5.0×106个/mm2；Cr单质的尺寸为1～10nm，密度为3.75×108个/mm2以上。


4.根据权利要求1所述的一种高强高导铜合金材料，其特征在于，该铜合金材料制成的带材在650℃下保温10min后的硬度值与保温前的初始硬度值相比，保温后的硬度值下降率小于20％。


5.根据权利要求1所述的一种高强高导铜合金材料，其特征在于，该铜合金材料的重量百分比组成还包括含量为0.05～0.15...

【专利技术属性】
技术研发人员：李吉宝，孟祥鹏，裴勇军，
申请(专利权)人：宁波博威合金板带有限公司，宁波博威合金材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33